Основные способы обработки заготовки

Основные способы обработки металлических заготовок

Формирование целостного представления о металлообрабатывающем производстве невозможно без получения общей информации об основных применяемых способах обработки металла. К ним в первую очередь относят различные механические воздействия, которые не предусматривает удаление материала с заготовки, а также технологические процессы, связанные со снятием с заготовки металлического материала.

Основные инструментальные способы

К первой группе относят прокат, операции прессования, штамповку и ковку, которые в основной своей массе служат целям черновой обработки и в дальнейшем предусматривают резку на заготовки определенного класса шероховатости и размера.

Все действия, выполняемые с применением металлообрабатывающих станков, относят к группе операций, связанных со снятием материала, а именно:

• сверление — особый вид обработки, который служит для создания в заготовке изделия отверстий различного диаметра и направления;
• фрезерная обработка — в качестве основного инструмента используется фреза, к которой заготовка подается возвратно-поступательным движением;
• токарная обработка — в качестве основного инструмента используются резцы, которые подаются к заготовке, зафиксированной во вращающейся головке;
• шлифование — обработка поверхностей изделия, при которой главное движение выполняется специальным вращающимся шлифовальным кругом;
• строгание — обработка, представляющая собою снятие стружки с заготовки с помощью однолезвийных инструментов;
• сдавливание (операция давления) — способ обработки заготовки, основанный на пластичных свойствах металлов, часто встречается при операциях резания.

В большинстве случаев для приведения изделия к его готовому состоянию используют разные станки. Применение нескольких разноплановых способов носит название универсальной обработки.

Некоторые особенности обработки металлов строганием и сверлением

При помощи сверления можно не только создавать новые отверстия, но и увеличивать диаметр существующих. В качестве инструмента при этой операции используется сверло. Обычное сверление не обеспечивает высокой точности размера (по 5 классу) и чистоты обрабатываемых поверхностей (до Rz25), несмотря на свою высокую производительность. Особенностью этого способа является то, что инструменту, в данном случае сверлу, может сообщаться и движение подачи, и главное движение.

Самое большое распространение имеют сверла со спиральной формой, они применяются при создании сквозных и глухих отверстий, а также увеличения диаметра существующих. В зависимости от способов исполнения и фиксации хвостовики сверл изготавливают как конической, так и цилиндрической формы. При создании отверстий, глубина которых в пять раз и более превышает диаметр, используют сверла со специальными внутренними каналами для обеспечения охлаждения инструмента и подачи смазочной жидкости.

Для операции зенкования применяют специальные инструменты — многолезвийные зенкера, которые имеют конические или цилиндрические формы. Их использование позволяет добиться более чистой обработки, а для отверстий, к которым предъявляются требования высокой чистоты и точности, применяют развертки.

Строгание выполняется с применением специальных долбежных, поперечных и продольных станков. Особенность такой обработки состоит в том, что при использовании продольного метода главное движение сообщается заготовке, а резцу — движение подачи, в долбежном и продольном станке движение подачи может сообщаться как инструменту, так и заготовке. В большинстве случаев используют метод многорезцового строгания, при котором комбинируются разные методы.

Основным недостатком этого способа обработки является испытание режущей кромкой резца удара в начале обработки и освобождение инструмента от нагрузки при холостом ходе. Это значительно уменьшает прочность используемых инструментов и общую производительность. При выполнении операций строгания важно учитывать рациональность используемых режимов. Ее определяют с учетом поправочных коэффициентов таким же способом, как и в случаях точения.

Источник

Виды обработки металлов

Основные способы обработки металлов

Методы металлообработки различаются между собой используемыми технологиями, оборудованием. К основным разновидностям способов обработки относятся:

• механический метод – обработка давлением и резанием;
• термический;
• художественный;
• сварочный;
• электрический;
• токарный;
• литье.

• 

Обработка металла давлением: описание и виды

Обработка металлов давлением – пластические изменения габаритов и формы изделия с помощью процесса деформирования. С помощью этого метода происходят такие изменения:

• улучшается структура материала;
• повышаются физико-механические свойства заготовки;
• устраняется химическая неоднородность сплава;
• снижается усадочная пористость;
• материал становится прочным и эластичным.

Металл обрабатывается в зависимости от используемой технологии. Основные методы обработки давлением представлены в таблице:

Процесс	Цель	Виды
Прокатка	Уменьшение геометрических параметров поперечного сечения детали, придание требуемой конфигурации	поперечная; продольная; поперечно-винтовая
Ковка	Создание детали определенной формы с помощью высокотемпературного нагрева и инструментов	ручная ковка; штамповка; ковка с помощью оборудования
Прессование	Выдавливание металла на оборудовании со сменной матрицей	Прессование в горячем/холодном состоянии
Волочение	Формирование изделия с заданным профилем поперечного сечения	сухое/мокрое; черновое/чистовое; однократное/многократное; холодное/горячее
Объемное штампование	Получение изделия нужной конфигурации при помощи штампа	Процесс обработки с открытым/закрытым штампом
Листовое штампование	Создание детали гидравлическим или кривошипно-шатунным прессом	раздельное; формообразующее

Обработка металла резанием

Обработка заготовок резанием – технологический процесс производства разных деталей оборудования с помощью режущего инструмента. После срезания верхнего слоя материала получается заготовка детали заданной точности, геометрической формы, шероховатости. Для снятия слоев используют металлорежущие станки. Материал для заготовок – сортовой прокат цветных и черных металлов.

Вид	Элементы режимов резания
Точение	скорость резания; глубина; подача в зависимости от необходимой шероховатости
Фрезерование	скорость резания; подача в зависимости от требуемой шероховатости; глубина и ширина фрезерования
Обработка на станках сверлильной группы	диаметр отверстия (сверла); глубина; подача; приведенная длина; глубина сверления; площадь поперечного сечения срезаемого слоя; перебег сверла; путь врезания
Зуборезные работы	число рабочих ходов; подача; глубина; скорость
Обработка заготовок на шлифовальных станках	объемная доля (%) зерна в круге; класс точности круга; размеры круга в мм; скорость резания; подача

Особенности термического способа обработки

Термообработка представляет собой совокупность процессов нагрева металлов до заданной температуры, выдержки и охлаждения с целью придания заготовке определенных физико-механических свойств в результате изменения структуры (внутреннего строения) детали. Материал для заготовок – цветные металлы, сталь.

Основные виды термообработки:

1. Отжиг 1-го или 2-го рода. В процессе нагрева металлов до определенной температуры, после выдержки и охлаждения получается равновесная структура, повышается вязкость и пластичность, снижается твердость и прочность заготовки.
2. Закалка с полимерным превращением или без. Цель термообработки – повысить параметры прочности и твердости материала за счет образования неравновесной структуры. Применяется для тех сплавов, которые претерпевают фазовые превращения в твердом состоянии при процессах нагрева и охлаждения.
3. Отпуск. Ему подвергаются прочные стали, закаленные металлические сплавы. Основные параметры метода – температура нагрева, скорость охлаждения, время выдержки.
4. Старение применяется к сплавам, которые были подвержены закалке без полиморфного превращения. После закалки повышается прочность и твердость магниевых, алюминиевых, никелевых, медных сталей.
5. Химико-термическая обработка. Технологический процесс изменяет химический состав, структуру и свойства поверхности деталей. После обработки повышается износостойкость, твердость, сопротивление усталости и контактной выносливости, антикоррозийная устойчивость материала.
6. Термомеханическая обработка. Этот вид включает процесс пластической деформации, с помощью которой создается повышенная плотность дефектов (дислокации) кристаллического строения заготовки. Применяют данный метод для сплавов алюминия и магния.

Сварочный, электрический и токарный способ обработки

Сварка – получение неразъемного соединения детали из стали за счет нагрева до плавления или до высокопластического состояния. В процессе обработки материал расплавляется по краю соединяемых частей, перемешивается и затвердевает, при этом образуется шов после охлаждения. Различают электрическую (дуговую или контактную) и химическую (термитную или газовую) сварку.

Токарный способ обработки – ручные работы на специальных станках с целью удаления лишнего слоя и придания деталям определенных форм, шероховатости, точности, габаритов. Основные виды в зависимости от назначения работ: основные, ремонтные и сборочные.

К электрическим методам металлообработки относят:

1. Электроискровой способ. Этот метод основан на явлении разрушения прочных металлов под действием электроискровых разрядов.
2. Ультразвуковой метод. При помощи специальных установок обрабатываются драгоценные камни, твердые сплавы, закаленная сталь и прочие материалы.

Литье металлов

Технологический процесс литья состоит в том, что детали получаются после заливки расплавленного металла в определенные формы. Применяют различные материалы:

• чугун;
• сталь;
• медные, магниевые, алюминиевые и цинковые сплавы.

Обработка металла с помощью различных методов используется для выпуска деталей и заготовок, применяемых в машиностроительной, автомобилестроительной, авиационной и прочих отраслях промышленности.

Источник

Технологические методы обработки заготовок

Особенно большое внимание уделяется чистовым и отделочным технологическим методам обработки, объем которых в общей трудоемкости обработки деталей непрерывно возрастает. Наряду с механической обработкой широко применяют методы обработки пластическим деформированием без снятия стружки, с использованием химической, электрической, световой, лучевой и других видов энергий. Весьма прогрессивными является комбинированные методы обработки, которые в отдельных случаях обеспечивают получение деталей машин высокого качества.
Условная классификация современных технологических методов обработки, которые наиболее широко применяются в промышленности, приведена на схеме.

Практически перед технологом всегда возникает задача разработки технологического процесса изготовления конкретной детали. Поэтому рассмотрим процесс технологического получения заготовок применительно к типовым деталям машиностроения.

1. Механические:
— слесарная (отпиливание, разрезание, рубка, шабрения, притирка)
— резанием
— точение (обтачивание, растачивание, подрезание, разрезание)
— сверление (рассверливание, зенкерование, зенкование, развертывание, целование)
— строгание (долбление)
— фрезерование
— протягивание (прошивание)
— шлифование
— отделочные (полировка, доводка, притирка, хонингование, шевингование, алмазно-жидкостная)
— пластическим деформированием (обкатывание, раскатывание, калибрование, выглаживание, накатывание, дробеструйная, ротационная)

2. Комбинированные:
— электрообразивная
— электроалмазная
— электрохимическое хонингование

3. Электрофизические и электрохимические:
— электроэрозионная(электроискровая, электроимпульсная, электроконтактная)
— электрохимическая (Электрохимическая, анодомеханическая,)
— химическая (химическая, химикомеханическая)
— импульсно-механическая (ультразвуковая, электрогидравлическая)
— лучевая (светолучевая, электронно-лучевая)
— плазменная
— взрывная

Абразивные материалы. Абразивные материалы и инструменты для обработки поверхностей.

Источник

Обработка металла

Металлы и их сплавы издавна используются человеком для изготовления инструментов и оружия, украшений и ритуальных предметов, домашней утвари и деталей механизмов.

Чтобы превратить металлические слитки в деталь или изделие, их требуется обработать, или изменить их форму, размеры и физико-химические свойства. За несколько тысячелетий было разработано и отлажено множество способов обработки металлов.

Особенности обработки металла

Многочисленные виды металлообработки можно отнести к одной из больших групп:

• механическая (обработка резанием);
• литье;
• термическая;
• давлением;
• сварка;
• электрическая;
• химическая.

Литье — один из самых древних способов. Он заключается в расплавлении металла и розливе его в подготовленную форму, повторяющую конфигурацию будущего изделия. Этим способом получают прочные отливки самых разных размеров и форм.

Про другие виды обработки будет рассказано ниже.

Сварка

Сварка также известна человеку издревле, но большинство методов были разработаны в последнее столетие. Сущность сварки заключается в соединении нагретых до температуры пластичности или до температуры плавления кромок двух деталей в единое неразъемное целое.

В зависимости от способа нагрева металла различают несколько групп сварочных технологий:

• Химическая. Металл нагревают выделяемым в ходе химической реакции теплом. Термитную сварку широко применяют в труднодоступных местах, где невозможно подвести электричество или подтащить газовые баллоны, в том числе под водой.
• Газовая. Металл в зоне сварки нагревается пламенем газовой горелки. Меняя форму факела, можно осуществлять не только сварку, но и резку металлов.
• Электросварка. Самый распространенный способ:
  • Дуговая сварка использует для нагрева и расплавления рабочей зоны тепло электрической дуги. Для розжига и поддержание дуги применяют специальные сварочные аппараты. Сварка ведется обсыпными электродами или специальной сварочной проволокой в атмосфере инертных газов.
  • При контактной сварке нагрев осуществляется проходящим через точку соприкосновения соединяемых заготовок сильным электротоком. Различают точечную сварку, при которой детали соединяются в отдельных точках, и роликовую, при которой проводящий ролик катится по поверхности деталей и соединяет их непрерывным швом.

С помощью сварки соединяют детали механизмов, строительные конструкции, трубопроводы, корпуса судов и автомобилей и многое другое. Сварка хорошо сочетается с другими видами обработки металлов.

Электрическая обработка

Метод основан на частичном разрушении металлических деталей под воздействием электрических разрядов высокой интенсивности.

Его применяют для прожигания отверстий в тонколистовом металле, при заточке инструмента и обработке заготовок из твердых сплавов. Он также помогает достать из отверстия обломившийся и застрявший кончик сверла или резьбового метчика.

Графитовый или латунный электрод, на который подано высокое напряжение, подводят к месту обработки. Проскакивает искра, металл частично оплавляется и разбрызгивается. Для улавливания частиц металла промежуток между электродом и деталью заполняют специальным маслом.

Ультразвуковая обработка металла

К электрическим способам обработки металлов относят и ультразвуковой. В детали возбуждаются колебания высокой интенсивности с частотой свыше 20 кгц. Они вызывают локальный резонанс и точечные разрушения поверхностного слоя, метод применяют для обработки прочных сплавов, нержавейки и драгоценностей.

Особенности художественной обработки металлов

К художественным видам обработки металлов относят литье, ковку и чеканку. В средине XX века к ним добавилась сварка. Каждый способ требует своих инструментов и приспособлений. С их помощью мастер либо создает отдельное художественное произведение, либо дополнительно украшает утилитарное изделие, придавая ему эстетическое наполнение.

Чеканка — это создание рельефного изображения на поверхности металлического листа или самого готового изделия, например, кувшина. Чеканку выполняют и по нагретому металлу.

Способы механической обработки металлов

Большую группу способов механической обработки металлов объединяет одно: в каждом из них применяется острый и твердый по отношению к заготовке инструмент, к которому прикладывают механическое усилие. В результате взаимодействия от детали отделяется слой металла, и форма ее изменяется. Заготовка превышает размерами конечное изделие на величину, называемую «припуск»

Разделяют такие виды механической обработки металлов, как:

• Точение. Заготовка закрепляется во вращающейся оснастке, и к ней подводится резец, снимающий слой металла до тех пор, пока не будут достигнуты заданные конструктором размеры. Применяется для производства деталей, имеющих форму тела вращения.
• Сверление. В неподвижную деталь погружают сверло, которое быстро вращается вокруг своей оси и медленно подается к заготовке в продольном направлении. Применяется для проделывания отверстий круглой формы.
• Фрезерование. В отличие от сверления, где обработка проводится только передним концом сверла, у фрезы рабочей является и боковая поверхность, и кроме вертикального направления, вращающаяся фреза перемещается и вправо-влево и вперед-назад. Это позволяет создавать детали практически любой требуемой формы.
• Строгание. Резец движется относительно неподвижно закрепленной детали взад- вперед, каждый раз снимая продольную полоску металла. В некоторых моделях станков закреплен резец, а двигается деталью. Применяется для создания продольных пазов.
• Шлифование. Обработка производится вращающимся или совершающим продольные возвратно- поступательные движения абразивным материалом, который снимает тонкие слои с поверхности металла. Применяется для обработки поверхностей и подготовки их к нанесению покрытий.

Каждая операция требует своего специального оборудования. В технологическом процессе изготовления детали эти операции группируются, чередуются и комбинируются для достижения оптимальной производительности и сокращения внутрицеховых расходов.

Обработка давлением

Обработка металла давлением применяется для изменения формы детали без нарушения ее целостности. Существуют следующие виды:

Перед ковкой заготовку нагревают, опирают на твердую поверхность и наносят серию ударов тяжелым молотом так, чтобы заготовка приняла нужную форму.

Исторически ковка была ручной, кузнец разогревал деталь в пламени горна, выхватывал ее клещами и клал на наковальню, а потом стучал по ней кузнечным молотом, пока не получался меч или подкова. Современный кузнец воздействует на заготовку молотом кузнечного пресса с усилием до нескольких тысяч тонн. Заготовки длиной до десятков метров разогреваются в газовых или индукционных печах и подаются на ковочную плиту транспортными системами. Вместо ручного молота применяются кузнечные штампы из высокопрочной стали.

Для штамповки требуется две зеркальные по отношению друг к другу формы — матрица и пуансон. Тонкий лист металла помещают между ними, а потом с большим усилием сдвигают. Металл, изгибаясь, принимает форму матрицы. При больших толщинах листа металл нагревают до точки пластичности. Такой процесс называют горячая штамповка.

Во время штамповки могут выполняться такие операции, как:

С помощью штамповки выпускают широчайший ассортимент изделий — от корпусов бытовой техники до колесных дисков и бензобаков.

Обработка с помощью резки

Металл поступает на предприятие в виде проката — листов или профилей стандартных размеров и толщин. Чтобы разъединить лист или профиль на изделия или заготовки нужных размеров, применяют обработку резкой.

Для профиля чаще всего используют резку абразивным кругом или дисковой пилой.

Для раскроя листов металла применяют несколько видов резки:

• Ручная. Газосварщик с газовой горелкой вырезает куски металла нужного размера и формы. Применяется в небольших мастерских и на опытных производствах.
• Газовая. Установка газовой резки режет пламенем автоматизированной газовой горелки и позволяет не только быстро произвести раскрой листа, но и разложить вырезанные заготовки по контейнерам для доставки их на сборочные участки
• Лазерная. Режет металл лазерным лучом. Отличается высокой точностью и малым коэффициентом отходов. Кроме резки, может выполнять операции сварки и гравировки — нанесения на металл не удаляемых надписей.
• Плазменная. Режет металл факелом высокоионизированного газа — плазмы. Применяется для раскроя листов из твердых и специальных сплавов.

В условиях промышленного производства и средних или крупных серий на первый план выходит такое понятие, как коэффициент использования металла. Он повышается как за счет более плотной раскладки деталей по площади, так и за счет прогрессивных технологий резки, дающих меньше отходов

Химическая обработка металлов для повышения защитных свойств материала

Химическая обработка металла — это воздействие на него специальными веществами с целью вызвать управляемую химическую реакцию.

Выполняются как подготовительные операции для очистки поверхности перед сваркой или покраской, так и как финишные отделочные операции для улучшения внешнего вида изделия и защиты его от коррозии.

С помощью электрохимической обработки гальваническим методом наносят защитные покрытия.

Термические виды обработки металлов

Термическая обработка металлов применяется для улучшения их физико-механических свойств. К ней относя такие операции, как:

Термическая обработка стали

Термическая обработка заключается в нагревании детали до определенной температуры и ее последующем охлаждении по специальной программе.

Отжиг

Заготовку нагревают до температуры пластичности и медленно охлаждают прямо в печи.

Отжиг снижает твердость стали, но существенно повышает пластичность и ковкость.

Применяется перед штамповкой или раскаткой. Во время отжига снимаются внутренние напряжения, возникшие при отливке или механической обработке.

Закалка

При закалке заготовку прогревают до температуры пластичности и держат в таком состоянии в течение определенного времени, за которое стабилизируются внутренние структуры металла. Далее изделие быстро охлаждают в большом количестве воды или масла. Закалка существенно повышает твердость материала и снижает его ударную вязкость, повышая, таким образом, и хрупкость. Применяют для элементов конструкций, подверженных большим статическим и малым динамическим нагрузкам.

Отпуск

Проводится после закалки. Образец нагревают до температуры, несколько меньшей температуры закалки, и охлаждают медленно. Это позволяет компенсировать излишнюю хрупкость, появившуюся после закалки. Применяется в инструментальном производстве

Старение

Искусственное старение заключается в стимуляции фазовых превращений в массе металла. Его проводят при умеренном нагреве для придания материалу свойств, возникающих при естественном старении за долгое время.

Нормализация

Нормализация проводится для повышения ковкости без заметного снижения твердости за счет приобретения сталью мелкозернистой структуры.

Ее применяют перед закалкой и для повышения обрабатываемости резанием. Проводят так же, как и отжиг, но остывает заготовка на открытом воздухе.

Источник